核磁共振(NMR)——在醫院裡聽了無數次的名詞,伱知道它用來幹嘛的嗎?

     

導讀毒液

相信大家一定對電影《毒液》中男主痛苦地做着NMR檢測時的表情記憶猶新吧。那到底NMR是什麼呢?Why?可以強到傷害漫威裡的英雄,那可都是超人體質!

醫院檢查項中有一項“核磁共振成像”的項目,這是什麼意思呢?

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是基于量子物理和微波技術的一種檢測方法,可以精确地測出物體内的原子核的位置和種類,從而實時地繪制出物體内部圖像,在醫學和工業上獲得了廣泛的應用,具有極高的科學和應用價值。核磁共振儀器不使用放射性同位素,不産生電離輻射。在有些地方,醫生考慮到患者對“核”的恐懼心理,常稱其為“磁共振成像”。

基本原理

核磁共振成像的“核”指的是氫原子核。人體的70%是由水組成的。原子核帶正電,具有自旋,會形成電流,從而産生磁場,因此每一個原子核都像一個小磁鐵。把物體放置在磁場中,原子核與外磁場發生相互作用,處于不同自旋狀态的原子具有不同的能量;用适當的電磁波照射它,當外加電磁波的能量等于不同狀态的原子核的能量差時,原子核與外加的電磁波發生共振,從低能狀态“跳躍”到高能狀态;去掉外加的電磁波,處于高能狀态的原子核又會把一部分能量以電磁波的形式發射出去,被檢測出來。

那麼,這個我們耳熟能詳的詞語在我們檢測行裡的應用到底有多廣泛呢?今天小編就帶大家來大緻數一數。

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臨床醫學檢測

核磁共振成像提供的信息量不但大于醫學影像學中的其他許多成像術,而且不同于已有的成像術,因此,它對疾病的診斷具有很大的潛在優越性。它可以直接作出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像,不會産生CT檢測中的僞影;不需注射造影劑;無電離輻射,對機體沒有不良影響。核磁共振成像對檢測腦内血腫、腦外血腫、腦腫瘤、顱内動脈瘤、動靜脈血管畸形、腦缺血、椎管内腫瘤、脊髓空洞症和脊髓積水等顱腦常見疾病非常有效,同時對腰椎椎間盤後突、原發性肝癌等疾病的診斷也很有效。因此呢,現在在醫院不管是就醫看病還是進行身體檢查,都在有一項核磁共振的常規檢測。

2

核磁共振技術在食品檢測中的應用

NMR技術在水分分析中的應用

NMR是一種完全非破壞的分析手段,它通過檢測食品中H質子的弛豫時間,直觀地顯示食品中水分活性狀态分布和水分的分布與遷移,近年來在食品科學領域得到廣泛的應用,可以用來檢測食品的物理及化學特性。

NMR技術在油脂分析中的應用

NMR技術在乳制品中的應用

近年來,NMR技術在乳制品領域的研究不斷增多。NMR技術可用于乳制品的定量和定性分析,檢測生物活性反應,同位素分析,研究乳脂肪和水構成的物理狀态,以及乳制品中蛋白質的凝聚等。1H-NMR和13C-NMR可以用來為分析乳脂肪中油脂的構成提供定量數據,包括油酸、棕桐油、奶油酪酸和三甘油酯等的質量比例關系,也可以測定烯鍵在sn-1和sn-2位置上的分布。

NMR技術在水果品質無損檢測中的應用

NMR及其成像技術在氨基酸和蛋白質的結構測定,糖類的化學結構,澱粉的糊化、老化、食品污染物和農藥殘留的分析等方面也已經有應用研究。利用NMR技術還可以對酒的成分和品質進行分析。有研究利用NMR技術分别對不同工藝的白酒和用食用酒精勾兌的白酒進行波譜分析,發現樣品在甲基峰和亞甲基峰,強峰數和弱峰數上存在差異。

3

材料結構分析

(1)有機化合物結構鑒定

一般根據化學位移鑒定基因;由耦合分裂峰數、偶合常數确定基團聯結關系;根據各H峰積分面積定出各基團質子比。核磁共振譜可用于化學動力學方面的研究,如分子内旋轉,化學交換等,因為它們都影響核外化學環境的狀況,從而譜圖上都應有所反映。

(2)高分子材料的NMR成像技術

核磁共振成像技術已成功地用來探測材料内部的缺陷或損傷,研究擠塑或發泡材料,粘合劑作用,孔狀材料中孔徑分布等。可以被用來改進加工條件,提高制品的質量。

(3)多組分材料分析

材料的組分比較多時,每種組分的NMR 參數獨立存在,研究聚合物之間的相容性,兩個聚合物之間的相同性良好時,共混物的馳豫時間應為相同的,但相容性比較差時,則不同,利用固體 NMR 技術測定聚合物共混物的馳豫時間,判定其相容性,了解材料的結構穩定性及性能優異性。

此外,在研究聚合物還用于研究聚合反應機理、高聚物序列結構、未知高分子的定性鑒别、機械及物理性能分析等等。

4

在藥物分析檢測中的應用

(1)核磁共振波譜法測定藥物基準物質的絕對含量

以環丙沙星、安妥沙星、卡德沙星、加替沙星、左氧氟沙星、氧氟沙星、諾氟沙星、依諾沙星和洛美沙星9種喹諾酮類抗生素化學對照品為例,其中安妥沙星和卡德沙星為國家一類新藥,采用重水,氘代二甲基亞砜或氫氧化鈉的重水溶液為溶劑,對苯二酚或順丁烯二酸為内标,用喹諾酮母核上的質子峰進行定量,以内标法和外标法計算含量。核磁共振法測定結果與各對照品标簽示值的誤差約為1%内标法和外标法的計算結果一緻,該方法專屬、準确、簡便、快速,适用于對藥物基準物質絕對含的測定。

(2)核磁共振在天然藥物分析檢測中的應用

以8β-甘草次酸為原料,合成了一種新的甘草次酸鹽類衍生物—精氨酸甘草次酸,利用1HNMR、13C NMR、DEPT、1H-1H COSY、HMOC、HMBC等1D和2D NMR技術對其碳和氫質子信号進行了全歸屬,并通過與兩種原料化合物核磁共振譜數據的對比,揭示了該成鹽反應的作用機制和産物的結構類型。

(3)核磁共振技術在藥物鑒别中的應用

USP32中,肝素鈉和肝素鈣用重水作溶劑,采用1H-NMR廣譜,用标準對照法進行鑒别;伊諾肝素鈉采用13C-NMR譜進行鑒别。BP2009中促性腺激素釋放激素類似物布舍瑞林和戈舍瑞林,以及人工三文魚油均采用NRM方法鑒别。

5

核磁共振在石油化工、陶瓷制作、航天方面的應用

該技術在我國石油的分析探測項目中的應用越來越普遍。在石油勘測過程中,通過分析石油地段岩石的核磁參數和石油儲層物性參數兩者之間的關系,進而求出儲層石油藏量參數、滲透率和孔隙度等。應用該技術能夠分離鑒定出一些以極低濃度存在的新型生物種類。如利用核磁共振技術确定從原油中分離出來的一種新的三萜烷,它的結構為兩順一反的二杜松烷。

金屬陶瓷的生産過程中容易出現一些嚴重影響材料性能的砂眼,這也需要采用核磁共振技術來檢測。航天工業對火箭燃料的裝填要求非常苛刻,通過核磁共振技術可以準确探測固體燃料中的缺陷以及填充物、推進劑、增塑劑的分布情況。另外,核磁共振技術還可在水環境監測、工程無損檢測等方面發揮着積極作用。

不得不感歎一下,NMR是真的厲害啊!核磁共振技術不僅在生物醫藥、食品、化工領域有相關應用,它也在生命科學、材料檢測、紡織檢測、水資源探查等很多領域有廣泛應用。

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